气相色谱是有机实验室主要的设备之一,由于样品组分在
气相中传质速度快,与固定相相互作用次数多,加上可供选择的固定液种类很多,可供使用的检测器灵敏度高、选择性好,因此
气相色谱被广泛地应用在有机样品检测领域。
色谱操作条件的选择和优化
1、固定相的选择固定相类型:
气-固色谱:固体吸附剂
气-液色谱:固定液与载体
混合物在不同固定相上的分离,如图所示:
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注:1-乙腈(强极性);2-2-丙醇(质子受体);3-1,2-二氯乙烷(弱极性);4-三乙胺(质子受体);5-正辛烷。
固定相种类的不同,直接影响到样品中各组分分离效果优劣。
固定相的选择一般按照“相似相溶原理”。
常用固定液:
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固定相液的选择:
分离非极性物质,一般选用非极性固定液。
分离极性物质,一般按极性强弱来选择相应极性的固定液。
分离非极性和极性混合物时,一般选用极性固定液。
能形成氢键的试样,一般选用氢键型固定液。
对于复杂组分,一般可选用两种或两种以上的固定液配合使用。
2、载气种类的选择
载气种类的选择应考虑三个方面:载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。
(1) 载气摩尔质量大,可抑制试样的纵向扩散,提高柱效。
(2) 载气流速较大时,传质阻力项起主要作用,采用较小摩尔质量的载气(如H2、He),可减小传质阻力,提高柱效。
(3) 在载气选择时,还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。
载气的选择与检测器有关:
TCD一般选用氢气或氦气做载气
FID 一般选氮气和氩气做载气
ECD 一般选氮气做载气
FPD 一般选氮气做载气
3、载气流速的选择
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根据公式,绘制H~u曲线,以实现最佳载气流速的获取,实际载气流速的选择。
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在曲线的最低点,塔板高度H最小(Hmin),此时柱效最高。与H最小所对应的流速为最佳流速uopt
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4、柱长和内径的选择
柱长增加,分离度增大,对分离有利。但柱长增加也使传质阻力增大,色谱峰区扩展加剧,分析时间延长。因此,在确保一定分辨率的条件下应尽可能使用短色谱柱。
填充柱:柱长1~5 m,柱内径2~6 mm。
毛细管柱:柱长20~200 m,柱内径0.1~0.5 mm。
5、柱温的选择
柱温对分离度的影响比较复杂。兼顾分离度和分析速度两个方面。
(1)柱温升高,被测组分的挥发度↑,即被测组分在
气相中的浓度↑,tR↓,改善
气相和
液相的传质速率,有利于提高柱效,但低沸点组份峰易产生重叠。
(2)柱温降低,分离度↑,分析时间↑。对于难分离物质对,降低柱温虽然可在一定程度内使分离得到改善,但是不可能使之完全分离。这是由于两组分的相对保留值增大的同时,两组分的峰宽也在增加,当后者的增加速度大于前者时,两峰的交叠更为严重。
(3) 柱温选择:接近或略低于组分平均沸点时的温度。
沸点 | 柱温 | 固定液用量 |
气体 | 室温~100℃ | 20-30:100 红色担体 |
100~200℃ | 150℃ | 10-20:100 红色担体 |
200~300℃ | 150~200℃ | 5-10:100 白色担体 |
300~400℃ | 200~250℃ | 1-5:100 白色或玻璃担体 |
⑷ 组分复杂:宽沸程的试样,采用程序升温。采用程序升温的方法能兼顾高、低沸点组分的分离效果和分析时间,使不同沸点组分基本上都在其较合适的平均柱温下进行分离。
程序升温条件:升温方式;起始温度;升温速度;终止温度。
6、进样条件和进样量的选择
进样速度越快越好,这样可使样品汽化后能立即被载气带入色谱柱中。若进样时间过长,试样原始宽度变大,流出峰宽也必然变宽甚至发生峰变形。液体试样量一般进样0.1~5 uL,气体试样0.1~5 mL。进样量大,会使几个峰重叠在一起分离不好;但进样量太少,又会使含量少的组分因检测器灵敏度不够而检不出。最大允许的进样量,应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。
7、气化室和检测器温度的选择
气化室温度的选择:
(1)原则是保证样品,同时不分解
(2)一般比样品组分最高沸点高30-50度或比柱温高30-70度。
检测器温度的选择:一般比柱温高30-50度。TCD要求温度恒定,FID要求温度>120度